CN113422074B - 一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法 - Google Patents

一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，属于碳基电极材料技术领域，包括以下步骤:将碳基电极材料浸泡于有机溶剂中1～10h，经酸洗、第一次清洗后，得到清洁的碳基电极材料，随后将其浸泡于硝酸溶液中并加热处理5～7h，经第二次清洗后，得到活化后的碳基电极材料；将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于水溶液中，于20～30℃下加热搅拌30～50min，冷却后加入锰酸钾后混匀，然后将活化后碳基电极材料浸入，并于120～160℃温度下水热反应8～16h，冷却后用水溶液冲洗晾干，得到初步预处理的碳基电极材料；在惰性气体下，将初步预处理的碳基电极材料置于350～450℃中保温1～3h，冷却后即完成了碳基电极材料的预处理。本发明的预处理方法适用范围广且低成本，易操作。

Description

一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法
技术领域
本发明涉及碳基电极材料技术领域，尤其涉及一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法。
背景技术
随着我国城市规模不断壮大，城市的用水量和排水量都在不断的增加，加剧了用水的紧张和水质的污染。氮素是废水中常见的无机污染物之意，主要存在形态为NH4 +-N，大量排放会导致富营养化等问题，且氧化态形式NH3 +-N进入人体后，会在人体内被还原为NH2 +-N，NH2 +-N与人体血液中的血红蛋白结合会使血红蛋白丧失携氧能力，危害人类健康，因此，需要对含氮素的废水进行脱氮处理。
微生物电解池系统(MEC)是一种新型的污水处理技术，能利用电活性微生物作为催化剂，将蕴含在污水有机物中的化学能转变为电能。现有技术中，主要是通过构建不同的MEC反应器来提高废水中氮的去除，但是处理成本高且处理效果不佳，不利用实际推广利用。
现有技术在通过微生物电解池系统进行处理废水时，通常使用碳基电极材料作为电极材料进行处理，但是处理后的碳基材料电化学活性不佳，微生物与电极材料接触不佳，反应不灵敏，导致废水处理的过程长且处理效率不高。
为此，本发明提供一种通过对微生物燃料电池的碳基电极材料的预处理方法，通过增强微生物与电极之间的反应，实现对废水中氮素的去除。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，通过增强微生物与电极之间的反应，实现对废水中氮素的去除。
本发明的一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法是通过以下技术方案实现的:
一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，包括以下步骤:
S1，将碳基电极材料浸泡于有机溶剂中1～10h，经酸洗，第一次清洗后，得到清洁的碳基电极材料；
S2，将清洁的碳基电极材料浸泡于硝酸溶液中，加热处理5～7h，经第二次清洗后，得到活化后的碳基电极材料；
S3，将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于水溶液中，于20～30℃下加热搅拌30～50min，得到第一混合物料；向第一混合物料中加入锰酸钾后混匀，得到第二混合物料，将活化后碳基电极材料浸在第二混合物料中，于120～160℃温度下水热反应8～16h，冷却至室温后用水溶液冲洗晾干，得到初步预处理的碳基电极材料；
S4，在惰性气体保护下，将初步预处理的碳基电极材料置于350～450℃的温度下保温1～3h，冷却后即完成了碳基电极材料的预处理。
进一步地，S1中所述酸洗是在质量分数为10％的盐酸溶液中，于90℃下加热处理0.5～2h，以去除碳基电极材料中的有毒有害化合物。
进一步地，S2中将所述清洁的碳基电极材料浸泡于质量分数为65％～68％的浓硝酸溶液，在70～80℃温度下水浴加热5～7h，以增加碳基电极材料表面官能团，增强其电化学活性，降低反应活化过程电位。
进一步地，S3中，所述高锰酸钾与所述水溶液的用量比为50～70g/L；所述草酸与所述高锰酸钾的摩尔比为0.7～1:1；所述聚乙二醇与所述水溶液的用量比为1～1.5g/L；所述锰酸钾与所述第一混合物料的用量比为40～60g/L。
进一步地，S1中，所述第一次清洗是用水溶液清洗多次至碳基电极材料的电导率小于10μs/cm，且清洗液的pH为中性；S2中，所述第二次清洗是用水溶液清洗多次至清洗液的pH为中性。
进一步地，S1中所述碳基电极材料为碳毡、碳纤维、碳粉、碳颗粒或网状玻璃碳。
进一步地，S1中所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丁醇、环己醇和乙酸丁酯中的一种或多种。
进一步地，S4中所述初步预处理的碳基电极材料在进行保温前，在其表面还涂覆有超疏水涂层；
所述超疏水涂层的材料选自聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、氟化聚乙烯和氟碳蜡中的一种或多种。
进一步地，所述超疏水涂层是按照以下方法涂覆的:
将超疏水涂料分散到分散剂中制成质量浓度为10％～80％的乳浊液，再将乳浊液涂覆在所述初步预处理的碳基电极材料表面，涂覆面积为所述初步预处理的碳基电极材料表面积的20％～80％，经过10～24小时的通风静置，挥发其表面分散剂记得到涂覆有超疏水涂层的碳基电极材料。
进一步地，所述分散剂为甲醇、乙腈、去离子水、丙酮、丙醇、甲酰胺及乙醇中的一种或多种的组合。
进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气，其流速为20ml/min。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果:
本发明首先将碳基电极材料浸泡于有机溶剂中去除碳基材料表面的杂质，再酸洗去除碳基材料中有毒有害化合物，避免其在后期使用时对微生物造成损害。使用将碳基电极材料浸泡于硝酸中，以增加碳基电极材料表面官能团，增强其电化学活性，降低反应活化过程电位。随后使高锰酸钾、草酸和聚乙二醇在加热搅拌条件下充分溶解并均匀分散于水溶液中得到第一混合物料，然后再将锰酸钾均匀分散于第一混合物料中，随后将碳基电极材料放入混合溶液中，从而使得碳基电极材料与溶液的接触面环境相同。随后在水热反应过程中，已经溶解的高锰酸钾、草酸和聚乙二醇在加热过程中迅速生成MnO2，且生成的MnO2均匀沉积负载在碳基电极材料表面上，随着水热反应的进行，锰酸钾逐渐溶解并在已有MnO2的作用下，在迅速碳基电极材料表面上继续形成MnO2前驱体，最终使得在碳基电极材料表面上均匀负载的MnO2前驱体层。反应结束后，用冷水迅速降温，其实冷却至室温，从而避免反应体系中其他物质的析出，确保碳基电极材料表面上仅负载有MnO2前驱体。再将其置于350～450℃的温度下保温1～3h，使得碳基电极材料表面上负载有纳米尺度的MnO2层。
本发明通过在碳基电极材料形成一层纳米尺度的MnO2层，由于MnO2导电性一般不会影响后续微生物与电极之间正常的电子传递。且MnO2层上MnO2颗粒之间存在孔隙，从而使得表面积增大，有利于微生物与电极之间的反应。
使用本发明方法处理后的碳基材料对COD去除率相对于未处理的碳基材料而言大大提升，且本发明方法处理后的碳基材料对亚硝酸盐相对于未处理的碳基材料而言去除率大大提升，且短时间内即可对污水中的亚硝酸盐去除率达到90％以上。
本发明碳基材料组合式预处理方法可以对多种碳基材料进行处理，适用范围广；本发明碳基材料组合式预处理方法可适用于微生物电化学系统的生物阳极和生物阴极；本发明碳基材料组合式预处理方法以低成本，易操作为基础，避免了使用昂贵的预处理耗材和设备；本发明碳基材料组合式预处理方法能够对较大批量的碳基材料进行处理，有利于推进微生物电化学系统的实用化。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
本实施例提供一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，包括步骤:
S1，将碳毡(6cm×6cm×0.3cm)浸泡于乙醇中1h取出，再将其浸泡于质量分数为10％的盐酸溶液中，并在于90℃下加热处理0.5h，去除碳毡中的有毒有害化合物，用去离子水进行清洗3次后停止清洗，此时碳毡电极材料的电导率经测试为10μs/cm且清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将碳毡置于60℃烘箱中烘干，即得到清洁的碳毡。
S2，将清洁的碳毡浸泡于质量分数为65％的浓硝酸溶液，在70℃温度下水浴加热7h，以增加碳基电极材料表面官能团，增强其电化学活性，降低反应活化过程电位，然后再次使用去离子水对碳毡进行清洗，清洗三次后清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将其置于110℃的烘箱中干燥2h，即得到活化后的碳基电极材料。
S3，将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于去离子水中，且高锰酸钾与去离子水的用量比为59g/L，草酸与高锰酸钾的摩尔比为0.8:1；聚乙二醇与去离子水的用量比为1.3g/L，于25℃的温度下恒温加热搅拌40min，冷却后得到第一混合物料，按照锰酸钾与第一混合物料为50g/L的用量比，向第一混合物料中加入锰酸钾大力搅拌均匀后，得到第二混合物料，然后将活化后的碳毡浸在第二混合物料中，并将置于聚四氟乙烯反应釜中，并将其密封后置于140℃温度下水热反应12h，随后用冷水重洗反应釜，其实迅速冷却，随后取出负载有MnO2前驱体的碳毡，并用去离子水轻轻冲去表面的溶剂后晾干，得到初步预处理的碳毡；
S4，在气体流速为20ml/min的氮气气氛下，将初步预处理的碳毡置于400℃的温度下保温2h，冷却后即完成了碳毡的预处理。
实施例2
本实施例提供一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，包括步骤:
S1，将碳毡(6cm×6cm×0.3cm)浸泡于乙醇中1h取出，再将其浸泡于质量分数为10％的盐酸溶液中，并在于90℃下加热处理0.5h，去除碳毡中的有毒有害化合物，用去离子水进行清洗3次后停止清洗，此时碳毡电极材料的电导率经测试为10μs/cm且清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将碳毡置于60℃烘箱中烘干，即得到清洁的碳毡。
S2，将清洁的碳毡浸泡于质量分数为65％的浓硝酸溶液，在70℃温度下水浴加热7h，以增加碳基电极材料表面官能团，增强其电化学活性，降低反应活化过程电位，然后再次使用去离子水对碳毡进行清洗，清洗三次后清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将其置于110℃的烘箱中干燥2h，即得到活化后的碳基电极材料。
S3，将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于去离子水中，且高锰酸钾与去离子水的用量比为59g/L，草酸与高锰酸钾的摩尔比为0.8:1；聚乙二醇与去离子水的用量比为1.3g/L，于25℃的温度下恒温加热搅拌40min，冷却后得到第一混合物料，按照锰酸钾与第一混合物料为50g/L的用量比，向第一混合物料中加入锰酸钾大力搅拌均匀后，得到第二混合物料，然后将活化后的碳毡浸在第二混合物料中，并将置于聚四氟乙烯反应釜中，并将其密封后置于120℃温度下水热反应16h，随后用冷水重洗反应釜，其实迅速冷却，随后取出负载有MnO2前驱体的碳毡，并用去离子水轻轻冲去表面的溶剂后晾干，得到初步预处理的碳毡；
S4，在氮气气氛下，将初步预处理的碳毡置于400℃的温度下保温2h，冷却后即完成了碳毡的预处理。
实施例3
本实施例提供一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，包括步骤:
S1，将碳毡(6cm×6cm×0.3cm)浸泡于乙醇中1h取出，再将其浸泡于质量分数为10％的盐酸溶液中，并在于90℃下加热处理0.5h，去除碳毡中的有毒有害化合物，用去离子水进行清洗3次后停止清洗，此时碳毡电极材料的电导率经测试为10μs/cm且清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将碳毡置于60℃烘箱中烘干，即得到清洁的碳毡。
S2，将清洁的碳毡浸泡于质量分数为65％的浓硝酸溶液，在70℃温度下水浴加热7h，以增加碳基电极材料表面官能团，增强其电化学活性，降低反应活化过程电位，然后再次使用去离子水对碳毡进行清洗，清洗三次后清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将其置于110℃的烘箱中干燥2h，即得到活化后的碳基电极材料。
S3，将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于去离子水中，且高锰酸钾与去离子水的用量比为59g/L，草酸与高锰酸钾的摩尔比为0.8:1；聚乙二醇与去离子水的用量比为1.3g/L，于25℃的温度下恒温加热搅拌40min，冷却后得到第一混合物料，按照锰酸钾与第一混合物料为50g/L的用量比，向第一混合物料中加入锰酸钾大力搅拌均匀后，得到第二混合物料，然后将活化后的碳毡浸在第二混合物料中，并将置于聚四氟乙烯反应釜中，并将其密封后置于160℃温度下水热反应8h，随后用冷水重洗反应釜，其实迅速冷却，随后取出负载有MnO2前驱体的碳毡，并用去离子水轻轻冲去表面的溶剂后晾干，得到初步预处理的碳毡；
S4，在氮气气氛下，将初步预处理的碳毡置于400℃的温度下保温2h，冷却后即完成了碳毡的预处理。
实施例4
本实施例提供一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，包括步骤:
S1，将碳毡(6cm×6cm×0.3cm)浸泡于乙醇中1h取出，再将其浸泡于质量分数为10％的盐酸溶液中，并在于90℃下加热处理0.5h，去除碳毡中的有毒有害化合物，用去离子水进行清洗3次后停止清洗，此时碳毡电极材料的电导率经测试为10μs/cm且清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将碳毡置于60℃烘箱中烘干，即得到清洁的碳毡。
S2，将清洁的碳毡浸泡于质量分数为65％的浓硝酸溶液，在70℃温度下水浴加热7h，以增加碳基电极材料表面官能团，增强其电化学活性，降低反应活化过程电位，然后再次使用去离子水对碳毡进行清洗，清洗三次后清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将其置于110℃的烘箱中干燥2h，即得到活化后的碳基电极材料。
S3，将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于去离子水中，且高锰酸钾与去离子水的用量比为59g/L，草酸与高锰酸钾的摩尔比为0.8:1；聚乙二醇与去离子水的用量比为1.3g/L，于25℃的温度下恒温加热搅拌40min，冷却后得到第一混合物料，按照锰酸钾与第一混合物料为50g/L的用量比，向第一混合物料中加入锰酸钾大力搅拌均匀后，得到第二混合物料，然后将活化后的碳毡浸在第二混合物料中，并将置于聚四氟乙烯反应釜中，并将其密封后置于160℃温度下水热反应8h，随后用冷水重洗反应釜，其实迅速冷却，随后取出负载有MnO2前驱体的碳毡，并用去离子水轻轻冲去表面的溶剂后晾干，得到初步预处理的碳毡；
S4，将二甲基硅氧烷分散到甲醇中制成质量浓度为70％的乳浊液，再将乳浊液涂覆在初步预处理的碳毡表面，涂覆面积为初步预处理的碳毡表面积的60％，经过10小时的通风静置，挥发其表面甲醇，即得到涂覆有超疏水涂层的碳基电极材料，并将其于氮气气氛下，于400℃的温度下保温2h，冷却后即完成了碳毡的预处理。
实施例5
本实施例提供一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，包括步骤:
S1，将碳毡(6cm×6cm×0.3cm)浸泡于丙醇中5h取出，再将其浸泡于质量分数为10％的盐酸溶液中，并在于90℃下加热处理2h，去除碳毡中的有毒有害化合物，用去离子水进行清洗4次后停止清洗，此时碳毡电极材料的电导率经测试为9.7μs/cm且清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将碳毡置于60℃烘箱中烘干，即得到清洁的碳毡。
S2，将清洁的碳毡浸泡于质量分数为68％的浓硝酸溶液，在75℃温度下水浴加热5h，以增加碳基电极材料表面官能团，增强其电化学活性，降低反应活化过程电位，然后再次使用去离子水对碳毡进行清洗，清洗三次后清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将其置于110℃的烘箱中干燥2h，即得到活化后的碳基电极材料。
S3，将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于去离子水中，且高锰酸钾与去离子水的用量比为70g/L，草酸与高锰酸钾的摩尔比为1:1；聚乙二醇与去离子水的用量比为1.5g/L，于30℃的温度下恒温加热搅拌60min，冷却后得到第一混合物料，按照锰酸钾与第一混合物料为60g/L的用量比，向第一混合物料中加入锰酸钾大力搅拌均匀后，得到第二混合物料，然后将活化后的碳毡浸在第二混合物料中，并将置于聚四氟乙烯反应釜中，并将其密封后置于140℃温度下水热反应12h，随后用冷水重洗反应釜，其实迅速冷却，随后取出负载有MnO2前驱体的碳毡，并用去离子水轻轻冲去表面的溶剂后晾干，得到初步预处理的碳毡；
S4，将聚四氟乙烯分散到乙腈中制成质量浓度为80％的乳浊液，再将乳浊液涂覆在初步预处理的碳毡表面，涂覆面积为初步预处理的碳毡表面积的80％，经过24小时的通风静置，挥发其表面乙腈，即得到涂覆有超疏水涂层的碳毡，并将其于氮气气氛下，于450℃的温度下保温3h，冷却后即完成了碳毡的预处理。
实施例6
本实施例提供一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，包括步骤:
S1，将碳毡(6cm×6cm×0.3cm)浸泡于乙酸丁酯中10h取出，再将其浸泡于质量分数为10％的盐酸溶液中，并在于90℃下加热处理2h，去除碳毡中的有毒有害化合物，用去离子水进行清洗3次后停止清洗，此时碳毡电极材料的电导率经测试为9.6μs/cm且清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将碳毡置于60℃烘箱中烘干，即得到清洁的碳毡。
S2，将清洁的碳毡浸泡于质量分数为67％的浓硝酸溶液，在75℃温度下水浴加热6h，以增加碳基电极材料表面官能团，增强其电化学活性，降低反应活化过程电位，然后再次使用去离子水对碳毡进行清洗，清洗三次后清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将其置于110℃的烘箱中干燥2h，即得到活化后的碳基电极材料。
S3，将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于去离子水中，且高锰酸钾与去离子水的用量比为50g/L，草酸与高锰酸钾的摩尔比为0.7:1；聚乙二醇与去离子水的用量比为1.0g/L，于20℃的温度下恒温加热搅拌30min，冷却后得到第一混合物料，按照锰酸钾与第一混合物料为40g/L的用量比，向第一混合物料中加入锰酸钾大力搅拌均匀后，得到第二混合物料，然后将活化后的碳毡浸在第二混合物料中，并将置于聚四氟乙烯反应釜中，并将其密封后置于140℃温度下水热反应12h，随后用冷水重洗反应釜，其实迅速冷却，随后取出负载有MnO2前驱体的碳毡，并用去离子水轻轻冲去表面的溶剂后晾干，得到初步预处理的碳毡；
S4，将氟化聚乙烯分散到丙醇中制成质量浓度为10％的乳浊液，再将乳浊液涂覆在初步预处理的碳毡表面，涂覆面积为初步预处理的碳毡表面积的20％，经过20小时的通风静置，挥发其表面丙醇，即得到涂覆有超疏水涂层的碳毡，并将其于氮气气氛下，于350℃的温度下保温1h，冷却后即完成了碳毡的预处理。
实施例7
本实施例提供一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，包括步骤:
S1，将碳毡(6cm×6cm×0.3cm)浸泡于环己醇中5h取出，再将其浸泡于质量分数为10％的盐酸溶液中，并在于90℃下加热处理2h，去除碳毡中的有毒有害化合物，用去离子水进行清洗3次后停止清洗，此时碳毡电极材料的电导率经测试为9.8μs/cm且清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将碳毡置于60℃烘箱中烘干，即得到清洁的碳毡。
S2，将清洁的碳毡浸泡于质量分数为66％的浓硝酸溶液，在80℃温度下水浴加热7h，以增加碳基电极材料表面官能团，增强其电化学活性，降低反应活化过程电位，然后再次使用去离子水对碳毡进行清洗，清洗三次后清洗液经pH试纸检测呈中性，然后将其置于110℃的烘箱中干燥2h，即得到活化后的碳基电极材料。
S3，将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于去离子水中，且高锰酸钾与去离子水的用量比为55g/L，草酸与高锰酸钾的摩尔比为0.75:1；聚乙二醇与去离子水的用量比为1.1g/L，于25℃的温度下恒温加热搅拌40min，冷却后得到第一混合物料，按照锰酸钾与第一混合物料为45g/L的用量比，向第一混合物料中加入锰酸钾大力搅拌均匀后，得到第二混合物料，然后将活化后的碳毡浸在第二混合物料中，并将置于聚四氟乙烯反应釜中，并将其密封后置于140℃温度下水热反应12h，随后用冷水重洗反应釜，其实迅速冷却，随后取出负载有MnO2前驱体的碳毡，并用去离子水轻轻冲去表面的溶剂后晾干，得到初步预处理的碳毡；
S4，将氟碳蜡分散到去离子水中制成质量浓度为60％的乳浊液，再将乳浊液涂覆在初步预处理的碳毡表面，涂覆面积为初步预处理的碳毡表面积的40％，经过24小时的通风静置，挥发其表面去离子水，即得到涂覆有超疏水涂层的碳毡，并将其于氮气气氛下，于400℃的温度下保温2h，冷却后即完成了碳毡的预处理。
试验部分
为了说明本发明方法处理后的碳基电极材料的性能，对其电化学性能进行以下测试：
(一)电极材料
对照组：取未经处理的炭毡剪成1cm×1cm大小；
实验组：分别取上述实施例1-实施例3方法处理过的炭毡，也剪成1cm×1cm大小，分别为试验组1，实验组2和实验组3。
(二)电化学性能测试
本发明采用三电极体系，且分别以对照组、实验组1、实验组2和实验组3的电极材料作为生物阴极电极，以饱和Ag/AgCl电极为参比电极，以铂片电极为辅助电极，并以硫酸钠溶液为电解质，选择-1～1V的扫描范围，分别以5、10、20、30、50、100、200、300mV/s的扫描速率进行扫描循环伏安测试。
测试结果表明，对照组的CV曲线没有出现氧化还原峰，而实验组1-实验组4均在(0.51V，-0.36V)出现了一对氧化还原峰，说明经过本发明方法预处理过的电极材料表现出了更高的电化学活性。
(三)除氮素试验
本发明分别将对照组、实验组1、实验组2和实验组3的电极材料为生物阴极电极，碳毡电极使用缠绕在其中的钛丝连接电源及固定形状，碳毡的尺寸为6cm×6cm×0.3mm，缠绕其中的钛丝尺寸为0.5mm×40cm。
使用n-damo(亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化)菌群为反应微生物，然后加入400mL人工模拟污水，对经过电极材料处理后的人工模拟污水成分进行分析。
其中，本发明所使用的人工模拟污水的成分为：CH3COONa 1.0g/L；NH4Cl，0.191g/L；NaCl，0.5g/L；CaCl2，0.02g/L；MgSO4，0.015g/L；NaHCO3，1.0g/L；KH2PO4，5.0g/L；K2HPO4·3H2O，3.857g/L；pH≈7。
1.COD的测试
本发明采用重铬酸钾法进行测定对对照组、实验组1、实验组2和实验组3的电极材料处理过的污水样本(COD:500mg/L)，36小时后，对照组、实验组1、实验组2和实验组3的电极材料的COD去除率分别为78％，94％，93％，91％，可以看到相比较对比例而言，使用本发明处理后的碳基材料对COD去除率大大提升。
2.亚硝氮(NH3 --N)的测试
本发明向上述反应体系的污水样本中加入亚硝酸钠，并且使亚硝酸钠的浓度为3mM，对照组、实验组1、实验组2和实验组3的电极材料处理污水样本中的亚硝酸的72小时后，采用紫外分光光度法(HJ/T 346-2007)分别取对照组、实验组1、实验组2和实验组3的电极材料处理过的污水样本中的亚硝酸含量进行测定，结果表明对照组、实验组1、实验组2和实验组3的电极材料的亚硝酸盐去除率分别为64％、92％、90％、90％，可以看到相比较对照组而言，使用本发明处理后的碳基材料对亚硝酸盐去除率大大提升，且短时间内即可对污水中的亚硝酸盐去除率达到90％以上。
显然，上述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种电化学系统碳基电极材料的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1，将碳基电极材料浸泡于有机溶剂中1～10h，经酸洗、第一次清洗后得到清洁的碳基电极材料；
S2，将清洁的碳基电极材料浸泡于硝酸溶液中，加热处理5～7h后，经第二次清洗，得到活化后的碳基电极材料；
S3，将高锰酸钾、草酸和聚乙二醇均匀分散于水溶液中，于20～30℃下加热搅拌30～50min，得到第一混合物料；向第一混合物料中加入锰酸钾后混匀，得到第二混合物料，将活化后碳基电极材料浸在第二混合物料中，于120～160℃温度下水热反应8～16h，得到初步预处理的碳基电极材料；
S4，在惰性气体保护下，将初步预处理的碳基电极材料置于350～450℃的温度下保温1～3h，冷却后即完成了碳基电极材料的预处理；
S1中所述酸洗是在质量分数为10％的盐酸溶液中，于90℃下加热处理0.5～2h；
S2中将所述清洁的碳基电极材料浸泡于质量分数为65％～68％的浓硝酸溶液，在70～80℃温度下水浴加热5～7h；
S3中，所述高锰酸钾与所述水溶液的用量比为50～70g/L；所述草酸与所述高锰酸钾的摩尔比为0.7～1:1；所述聚乙二醇与所述水溶液的用量比为1～1.5g/L；所述锰酸钾与所述第一混合物料的用量比为40～60g/L。
2.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，S1中，所述第一次清洗是用水溶液清洗多次至碳基电极材料的电导率小于10μs/cm，且清洗液的pH为中性；S2中，所述第二次清洗是用水溶液清洗多次至清洗液的pH为中性。
3.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，S1中所述碳基电极材料为碳毡、碳纤维、碳粉、碳颗粒或网状玻璃碳。
4.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，S1中所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丁醇、环己醇和乙酸丁酯中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，S4中所述初步预处理的碳基电极材料在进行保温前，在其表面还涂覆有超疏水涂层；所述超疏水涂层的材料选自聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、氟化聚乙烯和氟碳蜡中的一种或多种。
6.如权利要求5所述的预处理方法，其特征在于，所述超疏水涂层是按照以下方法涂覆的:
将超疏水涂料分散到分散剂中制成质量浓度为10％～80％的乳浊液，再将乳浊液涂覆在所述初步预处理的碳基电极材料表面，涂覆面积为所述初步预处理的碳基电极材料表面积的20％～80％，经过10～24小时的通风静置，挥发其表面分散剂，即得到涂覆有超疏水涂层的碳基电极材料。
7.如权利要求6所述的预处理方法，其特征在于，所述分散剂为甲醇、乙腈、去离子水、丙醇、甲酰胺及乙醇中的一种或多种。
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